DE10258531B3 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung korrosionsschutzbeschichteter Stähle - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung korrosionsschutzbeschichteter Stähle Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Herstellung korrosionsschutzbeschichteter Stähle (12), die sauersoffaffine Legierungsanteile aufweisen, mit den Schritten: DOLLAR A - Glühen des Stahles (12) in einer Glühzone (14), DOLLAR A - Behandeln der Oberfläche des Stahles (12) mittels einer hohen Energie in einer Vorbehandlungszone (16) und DOLLAR A - Beschichten der Oberfläche des Stahles (12) in einer Beschichtungszone (18).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung korrosionsschutzbeschichteter Stähle, die sauerstoffaffine Legierungsanteile aufweisen.
  • Grundsätzlich sind derartige Verfahren und Vorrichtungen bekannt. Üblicherweise werden dabei die Stähle schmelztauchbeschichtet und anschließend der weiteren Bestimmung zugeführt.
  • Höher feste und höchstfeste Stähle werden hauptsächlich aus Gewichtsgründen zunehmend bei der Fertigung von Automobilkarosserien eingesetzt. Um einerseits die Qualität so hoch wie möglich und andererseits den Ausschuß so gering wie möglich zu halten, werden dabei sehr hohe Anforderungen an das Festigkeits- und Verformungsvermögen dieser Stähle gestellt. Damit dies sichergestellt ist, werden diese Stähle mit immer höheren Legierungsanteilen sauerstoffaffiner Elemente erzeugt. Diese Legierungsanteile neigen bei dem Glühen des Stahls dazu, an der Stahloberfläche Anreicherungen auszubilden.
  • Eine sich üblicherweise daran anschließende Schmelztauchveredelung insbesondere Feuerverzinkung zur Sicherstellung eines ausreichenden Korrosionsschutzes wird dadurch stark beeinträchtigt. So können an der Oberfläche unbeschichtete Stellen entstehen, die ein Einsetzen dieses Stahls in schmelztauchbeschichteter Ausführung bei der Fertigung von Automobilkarossen nicht mehr zulassen.
  • Beispielsweise enthalten höherfeste Stähle zur Steigerung von Festigkeit und Verformbarkeit hohe Legierungsanteile von zum Beispiel 2 % Mn, 1,5 % Si und 0,5 % Cr. Diese Stähle lassen sich nach dem bisher bekannten Stand nur elektrolytisch mit einwandfreiem Ergebnis verzinken oder legierverzinken. Beim Schmelztauchveredeln entstehen hier Beschichtungsfehler in Form unverzinkter Stellen.
  • Aus der DE 100 34 806 C1 ist ein Verfahren bekannt, in dem mittels Laserstrahlung Werkstücke entgratet werden. Dabei wird in das zu entgratenden Werkstück durch Laserstrahlung Wärme eingebracht, um ein entlang einer Werkstückkante verlaufenden Grat zumindest abschnittsweise zu entfernen. Wichtig ist bei diesem Verfahren, daß dabei eine vorgegebene Werkkantengeometrie durch eine Relativbewegung oder einen Satz von Relativbewegungen von dem Werkstück und der Laserstrahlung erzeugt wird. Des weiteren wird hier quasi der Grat mittels der Laserstrahlung geschnitten.
  • Das Abtragen von auf Stahlbändern vorhandenen Oxidschichten mittels Laserstrahlung ist aus der DE 35 39 731 C2 entnehmbar. Dabei wird ein Beispiel zum Reinigen von Elektrobandoberflächen beschrieben.
  • Ferner ist das Auflegieren einer Oberfläche durch Abreicherung bestimmter Legierungselemente aus der DE 689 19 693 C2 entnehmbar. Dabei wird beispielsweise das Legierungselement Mangan durch Erwärmen mit einem hohen Energieimpuls abgereichert.
  • Das Abtragen mittels Laserstrahlung unter Zufuhr von Reaktionsmitteln wird in der DE 42 00 656 C1 gezeigt. Dabei führt dieses Abtragen zu einem bogenförmig und vom Material ablösenden Span. Dies soll dabei dadurch erreicht werden, daß ein Reaktionsmittel mit geringer Strömungsgeschwindigkeit und mit einer an die im heißen Austrittsbereich des Laserstrahls ablaufenden Reaktionen angepaßten Durchsatzmenge auf den Brennfleck derart geleitet wird, daß sich das Reaktionsmaterial im Austrittsbereich zu einem sich bogenförmig vom Material ablösenden Span verfestigt. Als Reaktionsgas wird bevorzugt Sauerstoff verwandt.
  • Das Abtragen von Schichtsystemen mit unterschiedlichen Abtragsschwellen ist aus der DE 197 15 702 A1 entnehmbar.
  • Ein weiteres Verfahren zur Beeinflussung bzw. Änderung der Oberfläche für eine nachfolgende Schmelztauchveredelung ist aus der DE 696 14 000 C2 entnehmbar. Dabei wird mittels einer reaktiven Glühgasatmosphäre eine metallische Oberfläche erzeugt, die eine Beschichtung ohne Fehlstellen zulassen soll.
  • Eigene Untersuchungen ergaben jedoch, daß dieses Verfahren nicht wirksam für eine einwandfreie Beschichtung ist, und zwar insbesondere im Hinblick auf neuartige Stähle mit noch höheren Legierungsanteilen.
    •
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die ein qualitativ hochwertiges Beschichten der zu behandelnden Stähle stets sicher stellen.
  • Diese Aufgabe wird verfahrensmäßig sichergestellt durch ein Verfahren zur Herstellung korrosionsschutzbeschichteter Stähle, die sauerstoffaffine Legierungsanteile aufweisen, mit den Schritten:
    – Glühen des Stahles in einer Glühzone,
    – Behandeln der Oberfläche des Stahls mittels einer hohen Energie in einer Vorbehandlungszone und
    – Beschichten der Oberfläche des Stahles in einer Beschichtungszone.
  • Wesentlich bei dieser Erfindung ist, daß für ein wirkungsvolles Resultat durch Einwirkung hoher Energie der zu behandelnde Stahl für die abschließende Schmelztauchbeschichtung optimal vorkonditioniert ist.
  • Bedingt durch den Ablauf der Herstellung bzw. Fertigung wird das zu behandelnde Werkstück einer Wärmebehandlung unterzogen, bevor es mit hoher Energie konditioniert und anschließend in eine metallische Schmelze getaucht wird. Allein das Abtragen einer hinderlichen Oxidschicht genügt nicht für eine Verbesserung der nachfolgenden Beschichtung. Vielmehr muß der bisherige Prozeßschritt der Wärmebehandlung im Zusammenhang mit dem Abtragprozeß mit hoher Energie verbunden werden.
  • Dabei ist es vorteilhaft, wenn für die hohe Energie hochenergetische Strahlung, zum Beispiel Laserstrahlung, Plasmen oder elektrische Entladungen oder eine Kombination von Plasmen und elektrischen Entladungen verwandt wird.
  • Zur Qualitätssteigerung des behandelten Stahles kann der Verfahrensschritt Glühen noch dadurch verbessert werden, daß er unter einer Gasatmosphäre durchgeführt wird. Diese Gasatmosphäre kann überwiegend aus Stickstoff N2 bestehen und reduzierend, oxidierend oder nitrierend sein.
  • Da nicht alle Stähle die gleiche Zusammensetzung haben, also die gleiche Gasatmosphärenzusammensetzung für eine optimale Qualitätsausbeute benötigen, ist es vorteilhaft, wenn die Gasatmosphäre für den Stahl entsprechend eingestellt wird.
  • Durch eine gezielte Veränderung der Gaszusammensetzung in der Phase der Wärmebehandlung, also dem Glühen, wird die zu behandelnde Oberfläche des Stahls in geeigneter Weise vorkonditioniert, um dann durch hohe Energie bzw. hochenergetische Strahlung, zum Beispiel Laserstrahlung, oder Plasmen oder elektrischen Entladungen oder Kombinationen von Plasmen und elektrischen Entladungen einem Oberflächenabtrag unterzogen zu werden. Gleichzeitig wird dabei die Bildung einer dünnen, homogenen Oxidschicht bzw. eines Schmelzfilms mit definierten Zusammensetzungen und/oder Oberflächentopographien bewirkt. Mit dieser Veränderung kann die nachfolgende Beschichtung mit noch besserer Qualität durchgeführt werden, was zu einem fehlerfreien metallischen Überzug führt.
  • Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die Oberfläche des Stahles mit einer Punkt- oder Liniengeometrie in der Vorbehandlungszone behandelt wird.
  • Um dabei ganz sicher zu sein, daß die gesamte Oberfläche des Stahles vorkonditioniert wird, ist es vorteilhaft, wenn die Punkt- oder Liniengeometrie überlappend eingestellt ist.
  • Wie auch schon bei dem Verfahrensschritt Glühen ist es vorteilhaft, wenn die Gasatmosphäre derart gewählt wird, daß an der Oberfläche des Stahles eine dünne, homogene Oxidschicht bzw. ein entsprechender Schmelzfilm definiert wird, bzw. Zusammensetzung erzeugt wird, wobei die Gasatmosphäre zum Beispiel durch Zugabe von Sauerstoff oder Stickstoff bzw. einer Stickstoff-Wasserstoff-Mischung veränderbar ist.
  • Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Zusammensetzung der Oxidschicht bzw. des Schmelzfilms derart gesteuert werden kann, daß Elemente wie Mangan oder Chrom in der Oberfläche zum Beispiel durch Oxidation oder Nitridbildung gezielt verarmt werden.
  • Wenn es besonders auf die gute Verbindung des metallischen Schmelztauchüberzuges ankommt, ist es vorteilhaft, wenn die Zusammensetzung und die Topographie der Oxidschicht bzw. des Schmelzfilms zusätzlich so gestaltet wird, daß eine Grenzschichtbildung zur Erhöhung der Haftungs- und Benetzungseigenschaften erzeugt wird.
  • Für eine lange Lebensdauer ist es sehr vorteilhaft, wenn die Oxidschicht bzw. der Schmelzfilm mittels geeigneter Wahl der Parameter so eingestellt wird, daß durch die Grenzschicht eingebrachte Eigenspannungen ein Abplatzen der in der Beschichtungszone aufgebrachten Schicht verhindern.
  • Andere Ausführungsformen sehen vor, daß bei dem Schritt Glühen durch gezielte Zugabe von beispielsweise Sauerstoff oder Stickstoff leicht entfernbare Oxid- oder Nitridschichten gebildet werden, die beispielsweise durch Aufbauen von thermischen Spannungen leicht entfernt werden können. Ferner ist es möglich, daß bei dem Schritt Behandeln die Intensität der Oberflächenbehandlung eingestellt wird. Schließlich ist es noch vorgesehen, daß während des Schrittes Glühen und/oder während des Schrittes Behandeln der Oberfläche die Gaszusammensetzung wie folgt ist: N2 und/oder H2 in einer Größenordnung von 0 % bis 100 % und/oder O2 in einer Größenordnung von 0 % bis 20 % und/oder CO in einer Größenordnung von 0 % bis 15 % und/oder CO2 in einer Größenordnung von 0 % bis 15 und/oder NH3 in einer Größenordnung von 0 % bis 10 % sowie gegebenenfalls ähnliche Gase, wobei der Rest aus N2 besteht.
  • Des weiteren wird diese Aufgabe vorrichtungsseitig erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur Herstellung korrosionsschutzbeschichteter Stähle, die sauerstoffaffine Legierungsbestandteile aufweisen, mit einer Glühzone zum Glü hen des Stahles, einer sich daran anschließenden Vorbehandlungszone zum Behandeln der Oberfläche des Stahls mittels einer hohen Energie und mit einer sich wiederum daran anschließenden Beschichtungszone zum Beschichten der Oberfläche des Stahles.
  • Dabei ist es wichtig, daß der zu behandelnde Stahl nach dem Glühvorgang und vor dem Tauchvorgang durch Einwirken hoher Energie optimal vorkonditioniert werden kann.
  • Weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen für die Vorrichtung sind in den abhängigen Unteransprüchen angegeben. Dabei sind die Vorteile dieser Ausführungsformen mit denen der entsprechenden Verfahrensansprüche identisch.
  • Die Erfindung zeichnet sich daher dadurch aus, daß für ein wirkungsvolles Resultat durch Einwirkung hoher Energie bzw. hochenergetischer Strahlung, zum Beispiel Laserstrahlung, oder Plasmen oder elektrische Entladungen oder Kombinationen aus Plasmen und elektrischen Entladungen ein zusätzlicher Verfahrensschritt, nämlich der oben genannte Schritt Behandeln der Oberfläche des Stahls mittels einer hohen Energie in einer Vorbehandlungszone durchgeführt wird.
  • Aufgrund des Ablaufs der Fertigung wird der zu behandelnde Stahl einer Wärmebehandlung unterzogen, bevor er mit hoher Energie bzw. der hochenergetischen Strahlung oder Plasmen oder elektrischen Entladungen oder Kombinationen aus Plasmen und elektrischen Entladungen konditioniert und anschließend in eine metallische Schmelze getaucht wird. Allein das Abtragen einer hinderlichen Oxidschicht reicht nicht für eine Verbesserung der nachfolgenden Beschichtung, vielmehr muß der oben bereits genannte Schritt des Behandelns zwischen dem Glühvorgang und dem Tauchvorgang vorgesehen werden.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus folgender Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie aus der einzigen Figur, die eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens für eine kontinuierliche Schmelztauchveredelung von Stahlbändern ist.
  • Eine Vorrichtung 10 zur Herstellung korrosionsschutzbeschichteter Stähle 12 weist eine Glühzone 14 zum Glühen des Stahls oder Stahlband 12, eine Vorbehandlungszone 16 zum Behandeln der Oberfläche des Stahls 12 mittels einer hohen Energie und eine Beschichtungszone 18 zum Beschichten der Oberfläche des Stahls 12 auf.
  • Die hohe Energie kann beispielsweise in Form hochenergetischer Stahlung, zum Beispiel Laserstrahlung, oder in Form von Plasmen oder von elektrischen Entladungen sowie einer Kombination von Plasmen und elektrischen Entladungen aufgebracht werden. Diese Vorrichtung 10 eignet sich für die Oberflächenvorbehandlung hochfester und höchstfester Stähle 12 zur Erzeugung (Herstellung) schmelztauchbeschichteter Überzüge mit hervorragenden Korrosionsschutzeigenschaften. Dabei wird beispielsweise ein höherfester Stahl 12 mit hohen Gehalten von Mn > 1 %, Si > 0,3 %, Al > 0,5 % und Cr > 0,3 als warmgewalztes oder kaltgewalztes Stahlband 12 in einer kontinuierlichen Schmelztauchbeschichtungslinie geglüht und beschichtet. Der Glühvorgang findet dabei in der Glühzone 14 statt, während die Beschichtung in der Beschichtungszone 18 durchgeführt wird. Dabei wird das Stahlband 12 zunächst entweder in einer Beizstrecke von den Zunderresten, wenn es sich um eine Warmband handelt, oder im Falle eines Kaltbandes in einem Reinigungsteil von den Schmutzrückständen aus dem Kaltwalzprozeß gereinigt und durchläuft dann einen nicht dargestellten Glühofen innerhalb der Glühzone 14.
  • In der Glühzone 14 wird das Stahlband 12 in einer definierten Gasatmosphäre erwärmt. Es sind aber auch schon quali tativ ausreichende Bänder erzeugbar, wenn keine definierte Gasatmosphäre verwandt wird. Die Gasatmosphäre kann etweder oxidierend oder reduzierend eingestellt sein oder auch in Kombination mit oxidierenden und reduzierenden Teilbereichen bestehen. So kann die Gasatmosphäre zum Beispiel aus einer Mischung aus N2, H2 und CO bestehen oder aus einer reaktiven Mischung mit oxidierenden bzw. nitrierenden Anteilen, zum Beispiel NH3. Nach dem Glühvorgang wird das Stahlband 12 durch die Vorbehandlungszone 16 gefahren, in welcher es mit einer hohen Energie behandelt wird. Die hohe Energie kann dabei aus hochenergetischer Strahlung kommen, zum Beispiel Laserstrahlung oder Plasmen oder elektrischen Entladungen oder Kombinationen von Plasmen und elektrischen Entladungen bestehen. In der Vorbehandlungszone 16 wird das Stahlband 12 vor den sich an der Oberfläche gebildeten Glühanreicherungen bzw. von noch vorhandenen Anreicherungen vorhergehender Herstellprozesse durch beispielsweise die hochenergetische Strahlung oder Plasmen oder elektrischen Entladungen oder Kombinationen von Plasmen und elektrischen Entladungen befreit, bzw. wird die Bandoberfläche mit einer definierten Oxidschicht bzw. einem Schmelzfilm definierter Zusammensetzung überzogen. Aufgrund geeigneter Einstellung in der Vorbehandlungszone 16 kann die Zusammensetzung der Oxidschicht bzw. des Schmelzfilms dergestalt gesteuert werden, daß Elemente wie Mn, Cr in der Oberfläche zum Beispiel durch Oxidation oder Nitridbildung gezielt verarmt werden. Des weiteren ist es dabei möglich, durch eine Grenzschichtbildung dem Stahlband 12 eine verbesserte Haftungs- und Benetzungseigenschaft zu verleihen. Schließlich ist es auch noch möglich, durch geeignete Wahl der Parameter, die Oxidschicht, bzw. den Schmelzfilm so einzustellen, daß durch die Grenzschicht eingebrachte Eigenspannungen ein Abplatzen der aufgebrachten Schicht beispielsweise Zinkschicht entgegenwirken.
  • Das Verfahren verändert die zu benetzende Oberfläche dahingehend, daß durch die herstellungsbedingte vorherige Wär mebehandlung in der Glühzone 14 verursachten Anreicherungen an der Substratoberfläche, bzw. bestimmte im Grundmaterial vorhandenen Legierungsbestandteile Oberflächennah reduziert bzw. umgewandelt werden. Dies kann insbesondere dadurch verstärkt werden, daß bei der vorherigen Glühbehandlung unerwünschte Elemente, wie zum Beispiel Mn, Cr, in Form von Nitriden oder Oxiden an der Oberfläche vor dem Abtragsprozeß zusätzlich angereichert werden. Da derartige Schichten andere Materialeigenschaften als der Grundwerkstoff aufweisen, können diese nicht nur durch Verdampfen des Materials mit hochenergetischer Strahlung, zum Beispiel Laserstrahlung oder Plasmen oder elektrischen Entladungen oder Kombinationen von Plasmen und elektrischen Entladungen entfernt werden, sondern zusätzlich auch Einbringen thermischer Spannungen, die zu einem Abplatzen der Schichten oder von Schichtbestandteilen führen.
  • Eine wirksame Reduzierung der Anreicherungen verschiedener Legierungsbestandteile zeigen unterschiedliche Oberflächen analytischer Untersuchungen. Durch Variation der Parameter der hochenergetischen Strahlung oder Plasmen oder elektrischen Entladungen oder der Kombination von Plasmen und elektrischen Ladungen verstärkt, bzw. vermindert sich die Veränderung der Oberfläche. Eine Erhöhung beispielsweise der Leistung von Laserpulsen verstärkt die Reduzierung der angereicherten Elemente. Die zusätzliche Verringerung der Abstände beispielsweise der einzelnen Laserpulse zueinander verstärkt ebenfalls die Reduzierung. Die erzeugte, abgetragene bzw. umgeschmolzene Oberfläche muß in jedem Punkt mit einem entsprechenden Energieeintrag belegt worden sein, um für die anschließende Schmelztauchveredelung günstige Eigenschaften aufzuweisen.
  • Durch eine vorgebbare Punkt- oder Liniengeometrie des Energieeintrags ist eine Überlappung beispielsweise einzelner Laserpulse, -punkte oder -linien einstellbar. Andernfalls bleiben auf der Substratoberfläche Bereiche mit zu geringem oder teilweise überhaupt keinem Energieeintrag bestehen. Das bedeutet, daß diese Bereiche keine Vorbehandlung aufweisen und bei einem anschließenden Tauchverfahren in diesen Bereichen auch nicht benetzt werden würden.
  • Mit Hilfe energetischer Pulse, zum Beispiel Laserpulse oder einer entsprechenden kontinuierlichen aber durch Bewegung des Bandes oder der Energiequelle kurzzeitigen Einwirkung von Energie kann sowohl die Topographie der Oberfläche als auch die Zusammensetzung des Schmelz- oder Oxidfilms so eingestellt werden, daß gute Haftungs- und Benetzungseigenschaften für die nachfolgende Schmelztauchveredelung geschaffen bzw. geeignete Eigenspannungszustände für die Schmelztauchschicht eingestellt werden.
  • Bei überlappendem Oberflächenabtrag, bzw. bei Ausbildung eines Geschmelzfilms beim Abtragprozeß kann das Abtragverfahren bzw. die Zusammensetzung der Oberflächenschicht vor dem Schmelztauchveredeln ebenfalls durch Zugabe von reduzierenden Gasen bzw. reaktiven Gasen beim Abtragprozeß eingestellt werden.
  • Unmittelbar nach der Oberflächenkonditionierung wird das Stahlband in üblicher Weise schmelztauchveredelt und nachbehandelt.
  • Wie aus der Figur ersichtlich, wird das Stahlband 12 von einem Abhaspel 20 abgezogen und der Vorrichtung 10 zugeführt. Dabei durchläuft das Stahlband 12 zunächst die Glühzone 14. Bei einem Ausführungsbeispiel weist der nicht näher dargestellte Glühofen einen Taupunkt von +10°C bis -60°C auf. Gegebenenfalls ist die Gaszusammensetzung in der Glühzone 14 wie folgt: N2 und/oder H2 in einer Größenordnung von 0 % bis 100 % und/oder O2 in einer Größenordnung von 0 % bis 20 % und/oder CO in einer Größenordnung von 0 % bis 15 % und/oder CO2 in einer Größenordnung von 0 % bis 15 % und/oder NH3 in einer Größenordnung von 0 % bis 10 % sowie gegebenenfalls ähnliche Gase, wobei der Rest aus N2 besteht.
  • Der Glühvorgang wird bei einer Temperatur von 500 bis 900°C durchgeführt, wobei die unterschiedlichen Temperaturen von der Stahlart und/oder auch der gewünschten Qualität abhängig ist. Nach dem Glühvorgang wird das Stahlband 12 auf eine Temperatur von 400 bis 650°C abgekühlt. Anschließend wird das Stahlband 12 in die Vorbehandlungszone 16 eingeleitet, in welcher das Stahlband 12 in der oben beschriebenen Art und Weise behandelt wird. Dabei kann die Vorbehandlungszone die gleiche Zusammensetzung einer Gasatmosphäre aufweise, wie dies bereits oben im Zusammenhang mit der Glühzone 14 beschrieben worden ist.
  • Schließlich wird das Stahlband in ein Schmelzbad in der Schmelztauchzone bzw. Beschichtungszone eingetaucht. Das Schmelzbad kann beispielsweise wie folgt zusammengesetzt sein: 0,10 % bis 0,15 % Aluminium oder Zink/Aluminium, zum Beispiel 95 % Zinn, 5 % Aluminium oder 43,5 % Zinn, 1,5 % Silizium oder Aluminium/Silizium mit einem Siliziumanteil von 10 % oder andere Schmelztauchüberzüge.
  • Alternativ kann nach diesem Schmelztauchvorgang noch ein Nachglühen bei einer Temperatur von 480°C bis 700°C erfolgen. Das fertig veredelte Stahlband 12 wird dann von einem Aufhaspel 22 aufgenommen.
    •
    • 10
    Vorrichtung
    12
    Stahl/Stahlband
    14
    Glühzone
    16
    Vorbehandlungszone
    18
    Schmelztauchzone/Beschichtungszone
    20
    Abhaspel
    22
    Aufhaspel

Claims (24)

  1. Verfahren zur Herstellung korrosionsschutzbeschichteter Stähle (12), die sauerstoffaffine Legierungsanteile aufweisen, mit den Schritten: – Glühen des Stahles (12) in einer Glühzone (14), – Behandeln der Oberfläche des Stahls (12) mittels einer hohen Energie in einer Vorbehandlungszone (16) und – Beschichten der Oberfläche des Stahles (12) in einer Beschichtungszone (18).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hohe Energie hochenergetische Strahlung, Plasmen oder elektrische Entladungen oder eine Kombination von Plasmen und elektrischen Entladungen ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hochenergetische Strahlung eine Laserstrahlung ist.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt Glühen unter einer Gasatmosphäre durchgeführt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasatmosphäre überwiegend aus Stickstoff (N2) und Gaszusätzen besteht, die reduzierend, oxidierend, carbonisierend oder nitrierend wirken.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet daß die Gasatmosphäre für den Stahl (12) entsprechend eingestellt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Stahles (12) mit einer Punkt- oder Liniengeometrie in der Vorbehandlungszone (16) behandelt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Punkt- oder Liniengeometrie überlappend eingestellt ist.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasatmosphäre derart gewählt wird, daß an der Oberfläche des Stahles (12) eine dünne, homogene Oxidschicht oder ein entsprechender Schmelzfilm definiert oder eine Zusammensetzung erzeugt wird, wobei die Gasatmosphäre durch Zugabe von Sauerstoff (O) oder Stickstoff (N2) oder einer Stickstoff-Wasserstoff-Mischung veränderbar ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung der Oxidschicht oder des Schmelzfilms derart gesteuert werden kann, daß Elemente wie Mangan (Mn) oder Chrom (Cr) in der Oberfläche gezielt verarmt werden.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarmung mittels Oxidation oder Nitridbildung erfolgt.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung und die Topographie der Oxidschicht oder des Schmelzfilms zusätzlich so gestaltet wird, daß eine Grenzschichtbildung zur Erhöhung der Haftungs- und Benetzungseigenschaften erzeugt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidschicht oder der Schmelzfilm mittels geeigneter Wahl der Parameter so eingestellt wird, daß durch die Grenzschicht eingebrachte Eigenspannungen ein Abplatzen der in der Beschichtungszone (18) aufgebrachten Schicht verhindert.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Schritt Glühen durch gezielte Zugabe von beispielsweise Sauerstoff oder Stickstoff leicht entfernbare Oxid- oder Nitridschichten gebildet werden, die beispielsweise durch Aufbauen von thermischen Spannungen leicht entfernt werden können.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche. 1 bis 14, da durch gekennzeichnet, daß bei dem Schritt Behandeln die rntensität der Oberflächenbehandlung eingestellt wird.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß während des Schrittes Glühen und/oder während des Schrittes Behandlen der Oberfläche die Gaszusammensetzung wie folgt ist: N2 und/oder H2 in einer Größenordnung von 0 % bis 100 % und/oder O2 in einer Größenordnung von 0 % bis 20 % und/oder CO in einer Größenordnung von 0 % bis 15 % und/oder CO2 in einer Größenordnung von 0 % bis 15 % und/oder NH3 in einer Größenordnung von 0 % bis 10 oder ähnliche Gase, wobei der Rest aus N2 besteht.
  17. Vorrichtung (10) zur Herstellung korrosionsschutzbeschichteter Stähle (12), die sauerstoffaffine Legierungsbestandteile aufweisen, mit einer Glühzone (14) zum Glühen des Stahles (12), einer sich daran anschließenden Vorbehandlungszone (16) zum Behandeln der Oberfläche des Stahls (12) mittels einer hohen Energie und mit einer sich wiederum daran anschließenden Beschichtungszone (18) zum Beschichten der Oberfläche des Stahles (12).
  18. Vorrichtung (10) nach Anspruch 17 , dadurch gekennzeichnet, daß in der Vorbehandlungszone (16) die hohe Energie in Form von hochenergetischer Strahlung, durch Plasmen oder elektrische Entladungen oder eine Kombination von Plasmen und elektrischen Entladungen auf den Stahl (12) auf tragbar ist.
  19. Vorrichtung (10) nach Anspruch 18 , dadurch gekennzeichnet, daß die hochenergetische Strahlung eine Laserstrahlung ist.
  20. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß in der Glühzone (14) eine zur Umgebung unterschiedliche Gasatmosphäre erzeugbar ist.
  21. Vorrichtung (10) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasatmosphäre für den entsprechenden Stahl (12) einstellbar ist.
  22. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß in der Vorbehandlungszone (16) die hohe Energie oder hochenergetische Strahlung, die Plasmen, die elektrischen Entladungen oder die Kombinationen von Plasmen und elektrischen Entladungen mit einer Punkt- oder Liniengeometrie auf den Stahl (12) aufbringbar sind.
  23. Vorrichtung (10) nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Punkt- oder Liniengeometrie überlappend eingestellt ist.
  24. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeic hnet, daß in der Vorbehandlungszone (16) die Intensität der Oberflächenbehandlung einstellbar ist.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008061983B4 (de) * 2008-12-12 2011-12-08 Voestalpine Stahl Gmbh Verfahren zum Herstellen eines verbesserten Elektrobandes, Elektroband und dessen Verwendung
EP2650388A1 (de) * 2012-04-12 2013-10-16 Linde Aktiengesellschaft Verfahren und Behandlungsstrecke zum abschnittsweise Veredeln eines Metallprodukts
WO2018215236A1 (de) * 2017-05-23 2018-11-29 Thyssenkrupp Steel Europe Ag Verbesserung der kaltumformeignung aluminiumbasierter beschichtung durch zulegieren von erdalkalimetallen

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4200656C1 (en) * 1992-01-13 1993-03-11 Maho Ag, 8962 Pfronten, De Removal of material by laser beam - by directing beam opt. at angle to workpiece and passing reactive substance, esp. oxygen, into laser unit head
DE3539731C2 (de) * 1984-11-10 1994-08-04 Nippon Steel Corp Kornorientiertes Elektrostahlblech mit stabilen, gegen das Spannungsfreiglühen beständigen magnetischen Eigenschaften und Verfahren und Vorrichtung zu seiner Herstellung
DE68919693T2 (de) * 1988-07-08 1995-04-06 Famcy Steel Corp Fe-mn-a1-c-legierungen und deren behandlungen.
DE19815702A1 (de) * 1998-04-08 1999-10-14 Bosch Gmbh Robert Elektromotorischer Antrieb
DE69614000T2 (de) * 1995-12-14 2001-11-29 Lorraine Laminage Verfahren zum feuerverzinken eines stahlbleches, das oxidierbare legierungselemente enthält
DE10034806C1 (de) * 2000-07-18 2001-12-13 Bosch Gmbh Robert Verfahren zum Entgraten von Werkstücken mittels Laserstrahlung

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3539731C2 (de) * 1984-11-10 1994-08-04 Nippon Steel Corp Kornorientiertes Elektrostahlblech mit stabilen, gegen das Spannungsfreiglühen beständigen magnetischen Eigenschaften und Verfahren und Vorrichtung zu seiner Herstellung
DE68919693T2 (de) * 1988-07-08 1995-04-06 Famcy Steel Corp Fe-mn-a1-c-legierungen und deren behandlungen.
DE4200656C1 (en) * 1992-01-13 1993-03-11 Maho Ag, 8962 Pfronten, De Removal of material by laser beam - by directing beam opt. at angle to workpiece and passing reactive substance, esp. oxygen, into laser unit head
DE69614000T2 (de) * 1995-12-14 2001-11-29 Lorraine Laminage Verfahren zum feuerverzinken eines stahlbleches, das oxidierbare legierungselemente enthält
DE19815702A1 (de) * 1998-04-08 1999-10-14 Bosch Gmbh Robert Elektromotorischer Antrieb
DE10034806C1 (de) * 2000-07-18 2001-12-13 Bosch Gmbh Robert Verfahren zum Entgraten von Werkstücken mittels Laserstrahlung

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008061983B4 (de) * 2008-12-12 2011-12-08 Voestalpine Stahl Gmbh Verfahren zum Herstellen eines verbesserten Elektrobandes, Elektroband und dessen Verwendung
EP2650388A1 (de) * 2012-04-12 2013-10-16 Linde Aktiengesellschaft Verfahren und Behandlungsstrecke zum abschnittsweise Veredeln eines Metallprodukts
WO2018215236A1 (de) * 2017-05-23 2018-11-29 Thyssenkrupp Steel Europe Ag Verbesserung der kaltumformeignung aluminiumbasierter beschichtung durch zulegieren von erdalkalimetallen

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